Оптогенетика превратила нервные клетки в фоторецепторы и восстановила зрение макак
Биологи смогли пустить сигнал через глаз в обход неработающих фоторецепторов. Для этого они адаптировали технологию оптогенетики и запустили в сетчатку вирусоподобные частицы, которые заставляют ганглионарные нервные клетки реагировать на свет. В результате глаз макаки снова стал реагировать на освещение как здоровый, но то, насколько такое зрение будет четким, еще только предстоит выяснить. Статья опубликована в журнале Nature Communications.
Сетчатка глаза имеет слоистое строение. Ключевым ее элементом являются светочувствительные палочки и колбочки, от которых по цепочке импульс передается на ганглионарные нервные клетки. Аксоны этих клеток затем собираются в зрительный нерв и передают информацию в мозг, но сами они к свету не чувствительны. Поэтому если из-за генетических нарушений или травм отказывает светочувствительный слой, то зрение теряется.
Джульет Макгрегор (Juliette McGregor) и ее коллеги из Рочестерского университета смогли заставить зрение работать без использования палочек и колбочек, использовав вместо них модифицированные ганглионарные клетки. Для этого они воспользовались методом оптогенетики — технологией, которая внедряет в нервные клетки элементы, делающие их светочувствительными.
Такая модификация осуществляется при помощи вирусных векторов, вирусоподобных объектов, из которых удалены патогенные части кода и оставлено только то, что переносит генный материал в организм. В данном случае добавленные гены заставляли клетки вырабатывать опсин — тот же светочувствительный белок, что и так используется в глазах.
Для того, чтобы убедиться в работоспособности этой идеи, исследователи провели эксперимент на обезьянах вида Макак-крабоед (Macaca fascicularis). В их ганглионарный слой были введены вирусные векторы таким образом, что вырабатывающие опсин клетки сформировали полукруг, вторая половина которого осталась незатронутой для наглядного сравнения. Затем природные светочувствительные клетки были отделены от нервных, после чего в глаз начали светить лазером.
В итоге нервный импульс модифицированных ганглионарных клеток от попадания на них света полностью совпал с тем, который испускают обычные при стимуляции от палочек и колбочек. Более того, модификация работала и спустя год, не вызывая осложнений. К сожалению, видимое обезьяной изображение оценить невозможно, поэтому в ближайшем будущем ученые надеются опробовать свой метод на ослепших людях, чтобы в перспективе метод мог найти применение в клинической практике.
Бывают и более необычные примеры применения методов оптогенетики. Так, американские ученые активировали синапсы нейронов отделов, участвующих в производстве песен зебровых амадин, таким образом внедрив информацию о песнях в мозг молодых птиц.
Василий Зайцев
Также на когнитивное снижение повлияли варианты Гена APOE: аллель APOE4 его ускорила, а аллель APOE2 — замедлила
Исследователи из Колумбии и США изучили, как генотип аполипопротеина и годы образования влияют на когнитивные функции при наследственной болезни Альцгеймера. Выяснилось, что у носителей мутации PSEN1 E280A, связанной с семейной болезнью Альцгеймера, когнитивное снижение наступает раньше и развивается быстрее, если у них в то же время есть аллель APOE4, а у таких же носителей, но с аллелью APOE2, это снижение происходит медленнее. Также более медленное снижение когнитивных способностей было характерно для пациентов, которые больше лет жизни потратили на учебу, — и это к тому же ослабляло влияние особенно опасных вариантов APOE. Результаты опубликованы в Nature Communications. При семейной или наследственной болезни Альцгеймера (БА) когнитивный спад наступает рано и за несколько лет прогрессирует до слабоумия. Семейную болезнь Альцгеймера вызывают некоторые мутации, например, мутация E280A в гене мембранного белка пресенелина PSEN1. Еще один ген, влияющий на развитие и течение БА — ген белка аполипопротеина Е (APOE). Разные варианты этого гена связаны с большим или меньшим риском спорадической (ненаследственной) болезни Альцгеймера: аллель APOE4 повышает риск, а аллель APOE2 снижает его. О том, как варианты APOE влияют на развитие семейной БА известно мало. Одно небольшое исследование показало, что деменция у носителей мутации PSEN1 E280A наступает раньше, если у них есть аллель APOE4. Другое исследование не обнаружило влияния APOE4, но выявило, что аллель APOE2 задерживает клиническое начало заболевания примерно на 8 лет. Кроме того, на развитие БА влияют другие факторы: образ жизни, социально-экономические условия и другие показатели здоровья. Стефани Лангелла (Stephanie Langella) из Гарвардской медицинской школы вместе с коллегами из Колумбии и США решила выяснить, как варианты APOE и количество лет учебы влияют на когнитивные показатели пациентов с наследственной БА (исследователи не выделяли отдельно высшее образование или ученую степень, а смотрели именно на число лет, уделенных образованию). Для этого они проанализировали данные 675 носителей мутации E280A и 594 пациентов, у которых этой мутации не было. Носители и неносители мутации были членами одних и тех же семей. Ученые сравнивали баллы пациентов в краткой шкале оценки психического статуса (MMSE), которую используют для диагностики клинических проявлений деменции. Баллы MMSE у носителей и неносителей мутации PSEN1 E280A начинали различаться уже в возрасте 31,5 года — с этого момента когнитивные показатели носителей снижаются намного быстрее. У пациентов с мутацией E280A, у которых также была аллель APOE4 (141 человек), клиническое начало БА было более ранним, а у пациентов с мутацией E280A, но без аллели APOE4 (534 человека) — наоборот, наступало позже. Расхождения начинались в возрасте 44,3 лет — как раз во столько появляются первые признаки болезни Альцгеймера у пациентов с наследственной формой. Другая аллель, APOE2, напротив, была связана с более медленным когнитивным снижением в группе носителей PSEN1 E280A. А вот когнитивные траектории пациентов без мутации E280A были примерно одинаковыми и не зависели в от варианта APOE. Также исследователи обнаружили, что возраст начала клинических проявлений БА у пациентов с мутацией PSEN1 E280A зависел от количества лет, которые они потратили на учебу. Их когнитивные показатели снижались тем медленнее, чем больше они учились, — и это проявлялось особенно сильно у носителей аллели APOE4 и неносителей APOE2. То есть отрицательный эффект аллели APOE4 ослаблялся. Почти то же было и с неносителями мутаций, связанных с БА: более долгая учеба была связана с более высокими баллами MMSE, но здесь варианты APOE роли не играли. Пока не ясно, как именно аллель APOE4, связанная с большим риском, ухудшает течение семейной болезни Альцгеймера, и как другая аллель — APOE2 — от нее защищает. Но, как видно, большая продолжительность учебы снижает дополнительный риск. А иногда от вредного действия мутаций защищают другие мутации. Недавно исследователи обнаружили мутацию, которая отсрочила развитие семейной болезни Альцгеймера у мужчины. Это был редкий вариант гена RELN — H3447R или RELN-COLBOS. Клинические проявления начались у пациента почти на 20 лет позже обычного. Мужчина был не первым счастливчиком: до этого подобный случай был с женщиной, у нее мутация была как раз в гене APOE.